DE3941743A1 - ELECTROSEISMIC PROSPECTING - Google Patents

ELECTROSEISMIC PROSPECTING

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DE3941743A1 DE3941743A DE3941743A DE3941743A1 DE 3941743 A1 DE3941743 A1 DE 3941743A1 DE 3941743 A DE3941743 A DE 3941743A DE 3941743 A DE3941743 A DE 3941743A DE 3941743 A1 DE3941743 A1 DE 3941743A1
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Ermittlung elektroseismischer Daten und im besonderen auf die Ermittlung solcher Daten, die auf der Ab­ gabe und Aufnahme elektromagnetischer Wellen beruht.The invention relates to the determination of electroseismic data and in particular the determination of such data based on the Ab the transmission and reception of electromagnetic waves.

Am häufigsten wird das seismische Prospektieren durchgeführt durch die Abgabe akustischer Wellen von einer oder mehreren akustischen Quellen, die sich an oder in der Nähe der Erdoberfläche befinden. Von diesen akustischen Wellen weiß man, daß sie an den Zwischenflächen oder Unregelmäßigkeiten der unterirdischen Formationen reflektiert werden, so daß sie zur Erdoberfläche zurückkehren und dort durch einen oder mehrere seismische oder akustische Detektoren aufgenommen werden, wobei es sich normalerweise um Geophone handelt. Es ist be­ kannt, daß einige der reflektierten Wellen sogenannte Schub­ wellen (S-Wellen) und andere der reflektierten Wellen sogenannte Druckwellen (P-Wellen) sind, die sich voneinander bezüglich ihrer jeweiligen Reflektionswinkel und der akustischen Vibrations­ richtungen der Partikel in den geschichteten Formationen unter­ scheiden,durch welche die Wellen hindurchlaufen. Kennzeichnender­ weise laufen beide Wellentypen grundsätzlich mit Schallge­ schwindigkeit und werden durch die Formationen, durch die sie hindurchlaufen, in der gleichen Welle gedämpft wie andere Schall­ wellen im gleichen Frequenzbereich, wobei ein niedriger Frequenz­ bereich eingesetzt wird für ein relativ tiefes Prospektieren, da es hinlänglich bekannt ist, daß die höheren Frequenzen in starkem Maße durch die Formationsmedien gedämpft werden.Most often, seismic prospecting is carried out by the emission of acoustic waves from one or more acoustic waves Sources located on or near the surface of the earth. These acoustic waves are known to be at the interfaces or irregularities of the underground formations reflected so that they return to the surface of the earth and through there one or more seismic or acoustic detectors added which are usually geophones. It's be  knows that some of the reflected waves are called thrust waves (S-waves) and other so-called reflected waves Pressure waves (P-waves) are different from each other in terms of their respective reflection angle and acoustic vibration directions of the particles in the layered formations through which the waves pass. Characteristic Both types of waves basically run with sound dizziness and are caused by the formations by which they walk through, muffled in the same wave as other sounds waves in the same frequency range, being a low frequency area is used for a relatively deep prospecting, because it is well known that the higher frequencies are strong Dimensions are dampened by the formation media.

Es sind über einen längeren Zeitraum Versuche gemacht worden, ein Schema für seismisches Prospektieren einzusetzen, bei welchem andere Phänomene als akustische Ermittlung mit Geophonen, wie sie soeben beschrieben worden sind, zum Einsatz kommen. So wurde beispielsweise bereits 1936 ein Verfahren in der US-PS 20 54 067 (L.W. Blau, et al.) beschrieben, gemäß welchem eine Widerstands­ modulation in der Nähe der Erdoberfläche eingesetzt wird, die von einem seismischen Schlag herrührt, um ein aufnehmbares, elektromagnetisches Ansprechen zu erzeugen. Grundsätzlich sind die Formationen in der Nähe der Oberfläche in Schichten ange­ ordnet, die jeweils eine unterschiedliche Dichte besitzen. Ein seismischer Schlag würde bewirken, daß jede Schicht mit dem ihr eigenen Aufbau eine Modulation entsprechend ihrer Dichte erzeugt, d.h., entsprechend dem Zustand der Porosität. Somit ist das an einer bestimmten Stelle aufgenommene elektromagnetische Feld, das der Widerstandsmodulation innerhalb des Feldes proprotional ist, eine Anzeige, wie dick die jeweilige Schicht mit der unter­ schiedlichen Dichte an der speziellen Stelle ist. Die in der US-PS 20 54 067 beschriebene Technik wurde, wenn überhaupt, in keinem kommerziellen Rahmen eingesetzt, was wahrscheinlich daran lag, daß sie sich nur für geringe Tiefen in Oberflächennähe eignete und sich für größere Tiefen, in welchen das Hauptinter­ esse beim Öl-und Gasprojektieren liegt, nicht einsetzen ließ. Diese frühe Arbeit von Blau et al. war auf die Messung der seismisch induzierten Widerstandsmodulation der Formation ge­ richtet, wobei man einen elektrischen Strom durch die Erde schickte (oder eine Spannung anlegte) und dann die Modulation des Stromes (oder die Modulation der sich ergebenden Spannung) maß. Es leuchtet ein, daß sich dieses Verfahren grundsätzlich von dem Verfahren unterscheidet, das hier beschrieben wird, da keinerlei Spannung an die Formation oder die Erdoberfläche ange­ legt wird.Attempts have been made over a long period of time to use a scheme for seismic prospecting, in which phenomena other than acoustic detection with geophones like them have just been described. So it was For example, as early as 1936, a process in US Pat. No. 2,054,067 (L.W. Blau, et al.), According to which a resistor modulation is used near the surface of the earth comes from a seismic shock to a recordable, to generate electromagnetic response. Are basically the formations are layered near the surface arranges that each have a different density. A seismic shock would cause every layer to coincide with yours own structure generates a modulation according to its density, i.e., according to the state of the porosity. So that's it electromagnetic field recorded at a certain point, that of resistance modulation within the field is proportional is an indication of how thick each layer is with the under different density at the specific point. The in the U.S. Pat. No. 2,054,067 was described, if at all, in not used in a commercial setting, probably because of that was that it was only for shallow depths near the surface  suitable and suitable for greater depths in which the main intercept esse lies in the oil and gas project planning, did not use. This early work by Blau et al. was on measuring the seismically induced resistance modulation of the formation sets up an electrical current through the earth sent (or applied a voltage) and then the modulation of the current (or the modulation of the resulting voltage) measured It is obvious that this procedure is fundamentally different differs from the method described here because no tension on the formation or the surface of the earth is laid.

Ein anderes Verfahren, das eingesetzt worden ist, in bezug auf die Ermittlung bestimmter Mineralvorkommen, verwendet eine kontinuierliche seismische Wellenquelle, die eine Spannung in dem Vorkommen induziert, auf der Grundlage des piezoelektrischen Effektes. In diesem Fall verändert die seismische Welle eine piezoelektrische Formation, wie Quarz, die dann polarisiert wird und eine elektromagnetische Welle imitiert. Es sind keine Fluide miteinbezogen. Derartige Verfahren verwenden relativ hohe Fre­ quenzen und sind dementsprechend auf eine kurze Eindringtiefe begrenzt, während sie darüber hinaus nur auf die beschränkten Arten von Vorkommen einsetzbar sind, die das Charakteristikum eines piezoelektrischen Effektes zeigen.Another method that has been used with respect to the determination of certain mineral deposits uses one continuous seismic wave source which is a voltage in the occurrence induced, based on the piezoelectric Effect. In this case, the seismic wave changes one piezoelectric formation, such as quartz, which is then polarized and imitated an electromagnetic wave. They are not fluids involved. Such methods use relatively high fre quence and are accordingly to a short depth of penetration limited while being limited only to the limited Types of occurrences that can be used are the characteristic show a piezoelectric effect.

Einer der interessantesten Versuche zur Entwicklung eines alter­ nativen Verfahrens zum standard-seismischen, akustischen Ver­ fahren wird in der US-PS 23 54 659 (W.O. Bazhaw et al., 1. August 1944) beschrieben. Bei diesem Verfahren trifft ein nach unten gerichteter seismischer Schlag auf eine Fluidschicht in der unter­ irdischen Formation, die sich unterhalb einer Gasschicht be­ findet und bewirkt, daß das Fluid rasch ansteigt in die vermutlich poröse Gasschicht. Während des relativ langsamen Wiederab­ sinkens des Fluids (Öl oder Wasser) induziert diese langsame, abwärts gerichtete Fluidbewegung eine Spannungsänderung auf dem Weg zwischen zwei Elektroden, die in die Erdoberfläche einge­ bettet sind und an entsprechende elektronische Verstärker und Aufzeichnungsgeräte angeschlossen sind. Wenn keine Flüssigkeit anwesend ist, ergibt sich auch keine Spannungsänderung. Wenn eine Flüssigkeit anwesend ist, ergibt sich eine Spannungs­ änderung in Abhängigkeit von den jeweiligen Parametern des Fluids und der Formation. Eine derartige Änderung kann gemessen werden als Gleichspannung über eine annehmbare Zeitdauer, nachdem der Schlag erfolgt ist, bis sich ein Gleichgewicht einstellt. Obwohl sich dieses Verfahren von dem Verfahren nach Blau et al. unterscheidet, handelt es sich um eine Technik, die nur bei sehr geringen Tiefen einsetzbar ist und dementsprechend, wenn überhaupt, nur von geringem kommerziellen Nutzen ist. Dies liegt daran, daß 1. sich die Gleichspannung nicht als eine elektromagnetische Welle fortpflanzt und dementsprechend nur für geringe Tiefen einsetzbar ist und 2. sehr geringe Fre­ quenzen (im wesentlichen Gleichstrom) sehr lange Wellenlängen besitzen, was zu einer sehr geringen Tiefenauflösung führt. Hieraus ergibt sich, daß im Gegensatz das hier beschriebene Verfahren den Frequenzcharakter einer seismischen Welle beibe­ hält.One of the most interesting attempts to develop an old one native method for standard seismic, acoustic ver will drive in U.S. Patent No. 2,354,659 (W.O. Bazhaw et al., August 1 1944). With this procedure, one hits down Directed seismic impact on a fluid layer in the bottom earthly formation, which is below a gas layer finds and causes the fluid to rise rapidly in the presumably porous gas layer. During the relatively slow replay sinking of the fluid (oil or water) induces this slow, downward fluid movement a change in tension on the Path between two electrodes that are inserted into the earth's surface are embedded and in appropriate electronic amplifiers and  Recording devices are connected. If no liquid is present, there is no change in voltage. If if a liquid is present, there is a tension Change depending on the respective parameters of the Fluids and the formation. Such a change can be measured are considered DC voltage for an acceptable period of time after the blow has taken place until a balance is reached. Although this process differs from the Blau et al. differs, it is a technique that only very shallow depths can be used and accordingly if at all, is of little commercial use. This is because 1. the DC voltage is not as one propagates electromagnetic wave and accordingly only can be used for shallow depths and 2. very low fre sequences (essentially direct current) very long wavelengths possess, which leads to a very low depth resolution. From this it follows that, in contrast, the one described here Process the frequency character of a seismic wave holds.

Der grundsätzliche physikalische Vorgang, der für das elektro­ seismische Prospektieren oder ESP gemäß der Erfindung erforder­ lich ist, liegt darin, daß seismische Energie umgesetzt werden kann in elektromagnetische Energie von merklichem Wert. Obwohl es verschiedene mögliche theoretische Konversionsmechanismen gibt, die das beobachtete Ereignis begründen können, wie die oben diskutierte Widerstandsmodulation, spontane Potentiale und Elektrokapillarität, wird der Mechanismus, der der Erfindung zugrundeliegt und sich für das hier beschriebene Verfahren eignet, am besten als "Strömungspotential" bezeichnet. Diese Art der Umsetzung seismischer in elektromagnetische Energie scheint die Theorie zu sein, die am wirkungsvollsten analysiert, was bei der Fluidbewegung eintritt, die in einer porösen, lithologischen Formation auftritt und die am stärksten in Er­ scheinung tritt, wenn mindestens zwei miteinander nicht misch­ bare Fluide, wie Öl und Wasser oder Gas und Wasser, vorhanden sind. Das Phänomen existiert auch in der Anwesenheit einer lithologischen Struktur hoher Permeabilität, wenn sich ein Porenfluid in der Struktur befindet. Grundsätzlich liegt, gemäß dieser Theorie, eine molekulare, chemische Bindungskraft zwischen dem Fluid und der porösen Oberfläche der festen Forma­ tion vor, wobei die Bindung gestört oder zerbrochen wird bei der raschen Bewegung des Fluids beim Kontakt durch eine akustische Wellenfront, wodurch in einer Dipolweise eine elektromagnetische Reaktion induziert wird. M.A. Biot beschrieb die Fluidbewegung, die einen seismischen Druckgradienten begleitet, in einer Schrift, die im Journal of the Acoustical Society of America in 1956 und 1962, Seite 168 bzw. Seite 1254, Band 34, veröffentlicht wurde. Andere, wie J.O. Bockris und A.K.N. Reddy, haben mit Strömungs­ potentialen experimentiert und berichten etwa 1973 über ihre Ergebnisse, wobei jedoch dieser Effekt bislang beim elektro­ seismischen Prospektieren nicht eingesetzt worden ist.The basic physical process for the electro seismic prospecting or ESP required according to the invention Lich, is that seismic energy is implemented can be of remarkable value in electromagnetic energy. Even though there are various possible theoretical conversion mechanisms that can justify the observed event, like that Resistance modulation discussed above, spontaneous potentials and electrocapillarity, will be the mechanism of the invention is based and for the procedure described here suitable, best referred to as "flow potential". These How to convert seismic to electromagnetic energy seems to be the theory that analyzes most effectively, what happens when the fluid moves in a porous, lithological formation occurs and the strongest in Er  Appearance occurs when at least two are not mixed together bare fluids, such as oil and water or gas and water are. The phenomenon also exists in the presence of one lithological structure of high permeability when a Pore fluid is located in the structure. Basically, according to this theory, a molecular, chemical binding force between the fluid and the porous surface of the solid forma tion, whereby the bond is disrupted or broken at the rapid movement of the fluid upon contact by an acoustic Wavefront, creating an electromagnetic in a dipole manner Reaction is induced. M.A. Biot described the fluid movement, that accompanies a seismic pressure gradient, in a script, published in the Journal of the Acoustical Society of America in 1956 and 1962, page 168 or page 1254, volume 34. Others, like J.O. Bockris and A.K.N. Reddy, have flow potentials experimented and reported about their Results, but this effect so far in the electro seismic prospecting has not been used.

Ein Merkmal der Erfindung liegt dementsprechend darin, den "Strömungspotential"-Effekt beim elektroseismischen Prospektieren einzusetzen, um ein aufnehmbares elektromagnetisches Feld zu induzieren, das in der Lage ist, direkt die Anwesenheit zweier miteinander nicht mischbarer Fluide, wie Öl und Wasser oder Gas und Wasser, anzuzeigen, oder die Anwesenheit eines Fluids in einem Porenraum einer hochpermeablen Formation anzugeben.Accordingly, a feature of the invention is that "Flow potential" effect in electroseismic prospecting used to create a recordable electromagnetic field induce that is able to directly detect the presence of two fluids that are not miscible with one another, such as oil and water or Gas and water, indicating, or the presence of a fluid to be specified in a pore space of a highly permeable formation.

Wie erwähnt , bezieht sich die Erfindung auf die Ermittlung elektroseismischer Daten und wird manchmal hier als elektro­ seismisches Prospektieren oder ESP bezeichnet. Elektroseis­ misches Prospektieren unterscheidet sich von dem Betrieb eines elektromagnetischen Geophons, das die Anwesenheit einer reflek­ tierten seismischen oder akustischen Welle an der Erdoberfläche aufnimmt. Obwohl elektromagnetische Geophone bereits vor 1950 zunächst untersucht worden sind, führte ihr Betrieb nicht zum elektroseismischen Prospektieren.As mentioned, the invention relates to the determination electroseismic data and is sometimes referred to here as electro called seismic prospecting or ESP. Electric ice Mixing prospecting differs from the operation of a electromagnetic geophones that detect the presence of a reflec seismic or acoustic wave on the earth's surface records. Although electromagnetic geophones existed before 1950 were initially examined, their operation did not lead to  prospectus electroseismic.

Ein wesensbestimmender Unterschied liegt zwischen ESP-Daten und seismischen Daten. Seismische Daten geben nur Struktur­ informationen wieder, die sich auf einen elastischen Kontrast zwischen zwei unterschiedlichen lithologischen Bereichen be­ ziehen. Es wird keine Information gegeben hinsichtlich welcher Art das Gestein ist, das sich dort befindet, oder was sich in dem Porenraum des Bereiches,der untersucht wird, befindet. Ander­ erseits arbeitet ESP nur dort, wo bewegliches, leitendes Wasser in dem Porenraum der zu untersuchenden Formation anwesend ist, oder eine Mischung aus Wasser und Kohlenwasserstoff. Hieraus wird dementsprechend deutlich, daß ESP nicht ein spezieller Fall der Seismologie ist, sondern etwas grundsätzlich anderes. Die Tatsache, daß ESP gegenüber dem Typ des Porenfluids empfindlich ist, zeigt seine Nützlichkeit.There is an essential difference between ESP data and seismic data. Seismic data only give structure information again, based on an elastic contrast between two different lithological areas pull. No information is given as to which Is the type of rock that is there or what is in the pore space of the area being examined. Other On the other hand, ESP only works where there is moving, conductive water is present in the pore space of the formation to be examined, or a mixture of water and hydrocarbon. Out of this accordingly it becomes clear that ESP is not a special one Case of seismology, but something fundamentally different. The fact that ESP versus pore fluid type sensitive shows its usefulness.

Es ist dementsprechend ein weiteres Merkmal der Erfindung, in einer verbesserten Weise die Anwesenheit eines beweglichen, leitenden Wassers in dem Porenraum einer lithologischen Forma­ tion, die untersucht werden soll, zu ermitteln, oder die An­ wesenheit einer Mischung aus Wasser und einem Kohlenwasserstoff.Accordingly, it is another feature of the invention in an improved way the presence of a mobile, conductive water in the pore space of a lithological forma tion to be investigated, or the an presence of a mixture of water and a hydrocarbon.

Die hier beschriebene Technik betrifft die elektroseismische Ermittlung der Anwesenheit zweier miteinander nicht mischbarer Fluide, die sich in einer porösen unterirdischen Formation be­ finden, oder die Anwesenheit eines Fluids in dem Porenraum einer hochpermeablen Formation. Bei dem Verfahren initiiert man einen seismischen Schlag, wie etwa durch eine Dynamitexplosion, ein Knacken oder ähnliches in einer herkömmlichen Weise durch eine oder mehr Quellen, die sich an oder in der Nähe der Erd­ oberfläche befinden. Alternativ kann die seismische Quelle sich entweder in einer geringen Tiefe oder auch tief (z.B. forma­ tionsdurchdringend) in einem Bohrloch befinden. Die erzeugte seismische oder akustische Wellenfront durchläuft die unter­ irdische Formation, bis sie auf die Anwesenheit der zuvor be­ schriebenen ermittelbaren Formationen trifft. Bei einer solchen Formation wird bzw. werden das Fluid oder die Fluide innerhalb der Gesteinsporen sich merklich bewegen, wodurch infolge des "Strömungspotential"-Effektes ein elektromagnetisches Ansprechen bewirkt oder induziert wird. Im Fall der zwei Fluide werden die Fluide mit merklichem Volumen rasch in bezug auf die poröse Ge­ steinsformation verschoben, wodurch augenblicklich ein über­ wiegend vertikaler Dipol in der leitenden Fluidkomponente, die der festen Oberfläche am nächsten liegt, erzeugt wird. Im Fall nur eines leitenden Fluids wird ein merkliches Volumen rasch in bezug auf die poröse Gesteinsformation verschoben und erzeugt ebenfalls einen augenblicklichen,überwiegend vertikalen Dipol, wobei das leitende Fluid an das feste Material angezogen wird. Die von diesem Dipol ausgehende elektromagnetische Strahlung stellt eine Welle dar, die die unterirdische Formation zurück zur Erdoberfläche mit Lichtgeschwindigkeit durchläuft, durch das lithologische Material zwischen dem Reflektionspunkt und dem Aufnahmepunkt.The technique described here relates to electroseismic Determination of the presence of two immiscible with each other Fluids that are in a porous underground formation find, or the presence of a fluid in the pore space a highly permeable formation. The process is initiated a seismic shock, such as a dynamite explosion, cracking or the like in a conventional manner one or more sources located at or near the earth surface. Alternatively, the seismic source can be either at a shallow depth or also deep (e.g. forma penetrating) in a borehole. The generated seismic or acoustic wavefront passes through the bottom earthly formation until it is based on the presence of the previously  written identifiable formations. With one Formation becomes the fluid or fluids within the rock spores move noticeably, which results in "Flow potential" effect an electromagnetic response is effected or induced. In the case of the two fluids, the Fluids with a noticeable volume rapidly in relation to the porous Ge stone formation shifted, causing an instant over vertical dipole in the conductive fluid component is closest to the solid surface. In the case only a conductive fluid quickly becomes a noticeable volume shifted and generated with respect to the porous rock formation also an instantaneous, mostly vertical dipole, wherein the conductive fluid is attracted to the solid material. The electromagnetic radiation emanating from this dipole represents a wave that returns the underground formation to the surface of the earth at the speed of light the lithological material between the reflection point and the pickup point.

An der Oberfläche spricht ein geeigneter Detektor auf das elektro­ magnetische Feld an. Geeignete Detektoren sind in erster Linie elektronische Detektoren, obwohl auch magnetische Sensoren zum Einsatz kommen können. Es hat sich gezeigt, daß der einfachste und empfindlichste Sensor die Form zweier stabförmiger Elektroden besitzt, die in einem Abstand von etwa 4,6 bis 610 m voneinander entfernt sind, wobei die Stäbe mit einer angemessenen Tiefe in die Erdoberfläche eingetrieben werden, so daß sie in die erste wasserführende Schicht unterhalb der Erdoberfläche eingebettet sind. Die tatsächliche Trennung hängt ab 1. von dem elektrischen Geräusch, das bei dem Elektrodenkontakt mit dem Boden erzeugt wird, 2. vom Umgebungsgeräusch, 3. von der Signalstärke und 4. von der Tiefe der interessierenden Formation. Das Feld induziert eine meß­ bare Potentialdifferenz oder Spannung, die aufnehmbar und ver­ stärkbar ist, wobei man sie eventuell in üblicher Weise auf­ zeichnen kann.A suitable detector on the surface responds to the electro magnetic field. Suitable detectors are primarily electronic detectors, although magnetic sensors for Can be used. It has been shown that the simplest and most sensitive sensor the shape of two rod-shaped electrodes has a distance of about 4.6 to 610 m from each other are removed, with the rods of adequate depth in the earth's surface are driven in so that it can enter the first water-bearing layer embedded below the earth's surface are. The actual separation depends on 1. the electrical Noise generated when the electrodes come into contact with the ground 2. from the ambient noise, 3. from the signal strength and 4. from the Depth of the formation of interest. The field induces a measurement bare potential difference or voltage that is recordable and ver can be strengthened, whereby you may have them in the usual way can draw.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der Erfindung, unter Bezug­ nahme auf die beigefügten Zeichnungen. Dabei ist jedoch fest­ zuhalten, daß hier lediglich bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind, die nur beispielhaften Charakter besitzen und keinerlei Beschränkung der Erfindung bedeuten. Es fallen somit auch Abänderungen und Modifikationen noch in den Rahmen der Erfindung. Es zeigen im einzelnen:Further advantages, details and essential to the invention Features result from the following description various embodiments of the invention, with reference took on the attached drawings. However, it is firm keep in mind that here only preferred embodiments of the invention, which are only exemplary in nature own and do not imply any limitation of the invention. So there are still changes and modifications the scope of the invention. The individual shows:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine typische Anordnung der Elemente zur Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 1 shows a cross section through a typical arrangement of the elements for carrying out a preferred embodiment of the invention,

Fig. 2 einen Teilschnitt durch eine poröse Formation, die geeignet ist zur elektromagnetischen Erregung durch eine seismische Wellenform, gemäß der Erfindung, wobei gleichzeitig der "Strömungspotential"-Effekt dargestellt ist, Fig. 2 is a partial sectional view of a porous formation suitable for electromagnetic excitation by a seismic wave shape, according to the invention, at the same time the "potential flow" is shown effect,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer weiteren be­ vorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei welcher sich die Quelle in der Nähe des Bodens eines relativ flachen Bohrloches befindet, Fig. 3 is a schematic representation of a further embodiment of the invention be vorzugten, wherein the source is located near the bottom of a relatively shallow borehole,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Rohrwellenfront, die sich von einer Quelle durch das Bohrloch nach oben bewegt und die elektromagnetischen Reaktionen, die hiervon ausgehen, Fig. 4 is a schematic representation of the tube wave front moves from a source through the uphole and the electromagnetic reactions starting thereof,

Fig. 5 eine visuelle Repräsentation der aufgezeichneten elektromagnetischen Daten, die sich aus der in Fig. 4 dargestellten Anordnung ergeben und Fig. 5 is a visual representation of the recorded electromagnetic data resulting from the arrangement shown in Fig. 4 and

Fig. 6 ein vereinfachtes elektrisches Diagramm eines geeigneten elektromagnetischen Detektors, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Fig. 6 is a simplified electrical diagram of a suitable electromagnetic detector, according to a preferred embodiment of the invention.

In Fig. 1 ist eine typische bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Eine Quelle 10 befindet sich an oder in der Nähe der Erdoberfläche, wobei sie auch innerhalb eines flachen Bohrloches 12 angeordnet sein kann. In einem Abstand von der Quelle sind Detektoren vorgesehen zur Aufnahme der seismischen Reflektionen. Diese umfassen eine Geophonanordnung mit Geophonen 14 A-F zur Aufnahme der normalen akustischen Re­ flektionen, wie dies hinlänglich bekannt ist, sowie einem ge­ eigneten elektroseismischen Detektor 16, der hier noch voll­ ständiger beschrieben wird. Sowohl die Geophondetektoranordnung als auch der elektroseismische Detektor können mit einem Auf­ zeichnungsgerät in einem Aufzeichnungswagen 18 verbunden sein.In Fig. 1, a typical preferred embodiment of the invention is shown. A source 10 is located at or near the surface of the earth, and may also be located within a shallow borehole 12 . Detectors are provided at a distance from the source to record the seismic reflections. These include a geophone arrangement with geophones 14 A - F for recording the normal acoustic re reflections, as is well known, and a suitable electro-seismic detector 16 , which is described here in more detail. Both the geophone detector arrangement and the electroseismic detector can be connected to a recording device in a recording carriage 18 .

Bei der Quelle 10 kann es sich um eine einzige Dynamitquelle, einen akustischen "Knacker" oder eine kompliziertere Quelle handeln, je nachdem wie dies erwünscht ist. Grundsätzlich tritt jedoch nach der Aktivierung seismische oder akustische Energie als seismische Welle 20 aus durch die unterirdische Lithologie unterhalb der Quelle. Zur Erläuterung soll ausgeführt werden, daß in Fig. 1 ein Bereich der Formation existiert, in welchem eine Gasschicht in Kontakt mit einer Wasserschicht steht. Die Zwischenfläche zwischen diesen beiden Schichten ist in der Zeichnung durch die Bezugsziffer 22 angegeben. Die Formation, in welche diese miteinander unmischbaren Flüssigkeiten vorliegen, ist die Formation, die durch das erfindungsgemäße Verfahren meßbar ist. Ein Segment 24 dieser meßbaren Formation ist als Explosionsdarstellung wiedergegeben. Zur Verdeutlichung ist dieses Segment der Formation als dreidimensionaler Würfel dar­ gestellt.Source 10 can be a single dynamite source, an acoustic "cracker", or a more complicated source, as desired. Basically, however, after activation, seismic or acoustic energy emerges as seismic wave 20 through the underground lithology below the source. For explanation, it should be stated that in FIG. 1 there is an area of the formation in which a gas layer is in contact with a water layer. The interface between these two layers is indicated in the drawing by reference number 22 . The formation in which these immiscible liquids are present is the formation that can be measured by the method according to the invention. A segment 24 of this measurable formation is shown as an exploded view. For clarification, this segment of the formation is shown as a three-dimensional cube.

Die Formation selbst ist porös, wie dies in Fig. 2 deutlicher dargestellt ist. Das bedeutet, daß ein fester Gesteinsbereich 23 mit kanalförmigen Porenräumen 25 durchsetzt ist. Da Gas und Wasser sich nicht mischen, setzt sich das Wasser ab und füllt die Räume 25 unterhalb der Zwischenfläche 22 aus, während das Gas die Räume 25 oberhalb dieser Linie ausfüllt. Wo Wasser vorliegt, besteht eine elektrochemische Bindung zwischen dem Wasser dem schwereren der Gas- und Wasserfluide und den festen Gesteinsbereichen 23. Dies ist durch die "+"-Symbole in dem Fluidbereich und den "-"-Symbolen in den festen Bereichen der Formation angegeben.The formation itself is porous, as is shown more clearly in FIG. 2. This means that a solid rock area 23 is interspersed with channel-shaped pore spaces 25 . Since gas and water do not mix, the water settles and fills the spaces 25 below the interface 22 , while the gas fills the spaces 25 above this line. Where there is water, there is an electrochemical bond between the water, the heavier gas and water fluids, and the solid rock areas 23 . This is indicated by the "+" symbols in the fluid area and the "-" symbols in the solid areas of the formation.

Das Zeichen des elektrischen Feldes oder die Polaritätsrichtung des Feldes hängt von der Oberflächenladung des festen Materials ab und in welcher Weise das Fluid die Ladung aufnimmt. Bei ton­ förmigem Material ist die Ladung typischerweise so, wie sie in Fig. 2 wiedergegeben ist. Bei Carbonaten kann jedoch die Ladung umgekehrt sein, d.h., die "+"-Ladung befindet sich am festen Material.The sign of the electric field or the direction of polarity of the field depends on the surface charge of the solid material and how the fluid takes up the charge. For clay-shaped material, the charge is typically as shown in Fig. 2. With carbonates, however, the charge can be reversed, ie the "+" charge is on the solid material.

Wenn eine akustische, seismische Welle 20 auf die Formation in dem dargestellten Bereich der Formation auftrifft, baut sich ein Druckgradient auf in der Tiefe P 1 und der Tiefe P 2, der das Wasser nach unten drückt, an der Wasseroberfläche beginnt und im wesentlichen in senkrechter Richtung durch das Fluid nach unten läuft, so daß das Fluid nach unten bewegt wird. Dies ist dargestellt durch die fließenden Porenfluidpfeile 26, die in Fig. 1 gezeigt sind. Es wird deutlich, daß diese Abwärtsbewegung den Effekt der Trennung der elektrochemischen Bindungen besitzt, wodurch effektiv ein im wesentlichen vertikal ausgerichteter Dipol aufgebaut wird, dort, wo die Bindungen gestört oder zer­ brochen sind. Dieser Dipol befindet sich nicht nur dem Bereich in der Nähe der Wasseroberfläche oder Zwischenfläche 22, sondern durch die gesamte Tiefe der Formation, wo die dargestellte Lithologie existiert. Somit wird ein vertikales, elektrisches Feld 28 in einer aufwärtigen, vertikalen Richtung an dem Auf­ schlagpunkt induziert mit einer Kraft oder Stärke von merk­ lichem Wert. Die Polarität dieses Feldes ist negativ-zu-positiv in progressiv aufwärtiger Richtung im Beispiel der Fig. 1. When an acoustic seismic wave 20 strikes the formation in the area of the formation shown, a pressure gradient builds up at depth P 1 and depth P 2 , which pushes the water downward, begins at the water surface and is substantially vertical Direction down through the fluid so that the fluid is moved down. This is illustrated by the flowing pore fluid arrows 26 shown in FIG. 1. It is clear that this downward movement has the effect of separating the electrochemical bonds, effectively building up a substantially vertically oriented dipole where the bonds are broken or broken. This dipole is located not only in the area near the water surface or interface 22 , but through the entire depth of the formation where the lithology shown exists. Thus, a vertical electric field 28 is induced in an upward, vertical direction at the impact point with a force or strength of remarkable value. The polarity of this field is negative-to-positive in a progressively upward direction in the example of FIG. 1.

Wie oben erläutert wurde, verschiebt normalerweise die erste Ankunft der seismischen Welle das Fluid nach unten. Wie jedoch nachfolgend noch in bezug auf das Beispiel in Fig. 4 beschrieben werden wird, kann die erste Ankunft auch einer Aufwärtsbewegung entsprechen. Außerdem gibt nach der ersten Ankunft das Fluid wieder nach und bewegt sich in die entgegengesetzte Richtung. Im allgemeinen bewegt sich jedoch das Fluid in die Richtung des Druckgradienten, was im Gegensatz zur Lehre der US-PS 23 54 659 (Bazhaw) steht.As discussed above, the first arrival of the seismic wave usually shifts the fluid downward. However, as will be described below with reference to the example in FIG. 4, the first arrival can also correspond to an upward movement. In addition, after the first arrival, the fluid gives way again and moves in the opposite direction. In general, however, the fluid moves in the direction of the pressure gradient, which is contrary to the teaching of US Pat. No. 2,354,659 (Bazhaw).

Es leuchtet ein, daß ein elektrisches Feld 28 erzeugt wird, wenn die Poren oberhalb der Linie 22 entweder mit einem Gas gefüllt sind oder wenn diese Poren frei sind von entweder einem Gas oder einer Flüssigkeit. Wenn es zwei Flüssigkeiten gibt, wie Öl und Wasser, ist das Ausmaß der Abwärtsbewegung der beiden Fluide ähnlich, wobei jedoch nur die Bewegung der leitenden Flüssigkeit ein elektrisches Feld erzeugt, so daß an der Linie, an welcher die beiden Fluide zusammentreffen, eine Diskontinuität des elektrischen Feldes eintritt.It will be appreciated that an electric field 28 is created when the pores above line 22 are either filled with a gas or when these pores are free of either a gas or a liquid. If there are two liquids, such as oil and water, the extent of the downward movement of the two fluids is similar, but only the movement of the conductive liquid creates an electric field, so that on the line where the two fluids meet there is a discontinuity in the electric field occurs.

Das elektrische Feld 28 erzeugt eine entsprechende elektro­ magnetische Welle 30, die von dem soeben beschriebenen Aufschlag­ bereich wegläuft. Eine elektrische Welle läuft, im Gegensatz zu einer reflektierten, akustischen Welle, mit Lichtge­ schwindigkeit in bezug auf die existierende lithologische Formation. Wenn natürlich dort eine herkömmliche seismische Reflektionsgrenze vorliegt, treten akustische Reflektionen ein und werden durch die Geophonanordnung aufgenommen, wie dies in einer herkömmlichen Weise der Fall ist. Die Aufnahme der elektro­ magnetischen Welle tritt jedoch immer dann ein, wenn das Fluid in einer porösen Formation hoher Permeabilität vorliegt, oder wenn es dort zwei miteinander nicht mischbare Fluide in der Formation gibt.The electric field 28 generates a corresponding electromagnetic wave 30 , which runs away from the impact area just described. An electrical wave, unlike a reflected acoustic wave, travels at the speed of light with respect to the existing lithological formation. Of course, if there is a conventional seismic reflection limit there, acoustic reflections will occur and will be picked up by the geophone arrangement, as is the case in a conventional manner. However, the electromagnetic wave is picked up whenever the fluid is in a porous formation of high permeability, or when there are two immiscible fluids in the formation.

Wenn zwei Fluide anwesend sind, bewegen sich beide Fluide mit in etwa der gleichen Geschwindigkeit. Die Bedeutung der beiden Fluide ist etwas hintergründig, und man hat bislang noch nicht diesen Effekt erkannt, wobei der wissenschaftliche Fortschritt erst hier beschrieben werden kann. Wenn es eine Grenze zwischen zwei Fluiden gibt (z.B. ein Gas/Wasser-Kontakt), ist die Grenze eine Ebene, an welcher seismische Energie reflektiert wird,und Teile dieser Energie werden in Fluidbewegung umgesetzt. Das ESP- Signal ist groß, infolge dieser seismischen Energieumsetzung.If two fluids are present, both fluids move with them at about the same speed. The meaning of the two Fluid is a bit subtle, and you haven't got one yet  recognized this effect, scientific progress can only be described here. If there is a boundary between there are two fluids (e.g. a gas / water contact) is the limit a level at which seismic energy is reflected, and Some of this energy is converted into fluid movement. The ESP Signal is large due to this seismic energy conversion.

Wenn es zwei Fluide in der gleichen Porenstruktur gibt (beispiels­ weise Tropfen von Öl in Wasser oder Gasblasen in Wasser), führt jede Fluidbewegung zu einem großen elektrischen Feld, da die Störung durch die Tropfen- oder Blasenform zum elektrischen Feld beiträgt. Dies ist der "Elektrokapillar"-Effekt, der vorher er­ wähnt wurde. Ähnlich wie das Strömungspotential ist der Elektro­ kapillar-Effekt in der Elektrochemie seit vielen Jahren bekannt, aber seine Bedeutung für ESP ist bislang nicht erkannt worden.If there are two fluids in the same pore structure (e.g. drops of oil in water or gas bubbles in water) every fluid movement into a large electric field because the Interference from the drop or bubble shape to the electric field contributes. This is the "electrocapillary" effect that he had before was imagined. The electric is similar to the flow potential capillary effect in electrochemistry known for many years but its importance for ESP has not yet been recognized.

In Fig. 3 ist eine alternative Anordnung der Quelle 10 dargestellt, wobei sie sich in einem Bohrloch befindet, in einem Abstand in der Nähe des Bodens einer 152,4 m Bohrung. Diese Stelle befindet sich unterhalb der Gas/Wasserlinie 22. Ein Geophon 14, das in der Nähe der Öffnung des Bohrloches an der Erdoberfläche angeordnet ist, nimmt die akustische Welle auf, die durch die Aktivierung der Quelle gebildet wurde. Die akustische Welle, die sich durch das Bohrloch nach oben bewegt, wird als "Rohr"-Welle bezeichnet. Die akustische Welle, die auf den Bereich,der durch die Linie 20 definiert ist, auftrifft, bewirkt eine elektromagnetische Reaktion, wie sie zuvor beschrieben wurde und durch einen geeigneten De­ tektor 16 aufgenommen werden kann.An alternative arrangement of the source 10 is shown in FIG. 3, located in a borehole at a distance near the bottom of a 152.4 m bore. This point is below the gas / water line 22 . A geophone 14 , located near the opening of the borehole on the surface of the earth, picks up the acoustic wave generated by the activation of the source. The acoustic wave moving up through the borehole is referred to as the "pipe" wave. The acoustic wave, which strikes the area defined by the line 20, causes an electromagnetic reaction as described above and can be recorded by a suitable detector 16 .

Wie in einer vollständigeren Weise in Fig. 4 wiedergegeben ist, können mehrere Zustände in dem Bohrloch und in der Lithologie in der Nähe des Bohrloches vorliegen, die zu einer elektromagneti­ schen Reaktion führen und in der Weise aufnehmbar sind, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Eine elektrische Reaktion in graphi­ scher Aufzeichnung, die sich aus den Effekten der in Fig. 4 darge­ stellten Anordnung ergibt, ist in Fig. 5 wiedergegeben. An der Stelle 50 geht man davon aus, daß dort eine wäßrige, salzhaltige Flüssigkeit in einer Formation hoher Permeabilität vorliegt. Der lmpakt des akustischen Druckes von der seismischen Quelle 50 führt zu einer nach außen gerichteten Fluidbewegung in diesem Punkt, der sich auf eine aufnehmbare, elektromagneti­ sche Reaktion überträgt.As shown in a more complete manner in FIG. 4, there may be several conditions in the borehole and in the lithology near the borehole that result in an electromagnetic response and are recordable as shown in FIG. 3 is. An electrical response in graphical recording, which results from the effects of the arrangement shown in Fig. 4 Darge is shown in Fig. 5. At point 50 it is assumed that there is an aqueous, saline liquid in a formation of high permeability. The impact of the acoustic pressure from the seismic source 50 results in an outward fluid movement at this point, which translates to a recordable electromagnetic response.

An der Linie 52 befindet sich ein Gaslager, das in gleicher Weise durch den lmpakt der akustischen P-Welle erregt wird. Auch hier ergibt sich eine Reaktion einer elektromagnetischen Welle, die an der Oberfläche aufnehmbar ist.There is a gas warehouse on line 52, which is in the same Way is excited by the impact of the acoustic P-wave. Here too there is a reaction of an electromagnetic Wave that can be picked up on the surface.

Im Punkt 54 wird die Fluidoberfläche in dem Bohrloch von der Rohrwelle erreicht und erzeugt wieder eine nach außen gerichtete Reaktion in die Formation, die zu einer elektromagnetischen Reaktion an den Linien 56 und 58 führt, in ähnlicher Weise wie an der Linie 22, wo die beiden miteinander nicht mischbaren Fluide aufeinandertreffen. Durch die Überwachung sowohl der akustischen Wellen als auch der elektromagnetischen Wellen ist es möglich, zu bestimmen, was an jedem Niveau eingetreten ist. Man sollte sich erinnern, daß die akustischen Wellen mit Schall­ geschwindigkeit und die elektromagnetischen Wellen mit Lichtge­ schwindigkeit sich fortpflanzen, wodurch es leicht erkennbar ist, wenn es eine elektromagnetische Reaktion an einer akusti­ schen Wellenfront gibt. Dementsprechend ist die elektromagnetische Aufnahme der Quelle an der Bohrlochöffnung durch eine senkrechte Linie 51 in Fig. 5 dargestellt, wobei die Linie vertikal ausge­ richtet ist, da sich die elektromagnetische Welle durch das Bohrloch hinauf mit Lichtgeschwindigkeit bewegt. Die Linie 53 in Fig. 5 gibt die elektromagnetische Reaktion auf das ESP- Signal wieder, das erzeugt wird, wenn eine akustische Rohrwelle sich durch das Bohrloch abwärts bewegt, auf den Bohrlochboden auftrifft und zu einer Abwärtsströmung des Fluids in der Formation führt. At point 54 , the fluid surface in the borehole is reached by the tubular shaft and again creates an outward response into the formation that results in an electromagnetic response on lines 56 and 58, similar to line 22 where the two fluids that are not miscible with each other. By monitoring both the acoustic waves and the electromagnetic waves, it is possible to determine what has occurred at each level. It should be remembered that the acoustic waves propagate at the speed of sound and the electromagnetic waves at the speed of light, which makes it easy to recognize when there is an electromagnetic reaction on an acoustic wave front. Accordingly, the electromagnetic pickup of the source at the borehole opening is represented by a vertical line 51 in FIG. 5, the line being oriented vertically, since the electromagnetic wave moves up through the borehole at the speed of light. Line 53 in Fig. 5 represents the electromagnetic response to the ESP signal generated when an acoustic pipe wave moves down the wellbore, hits the wellbore bottom, and causes the fluid in the formation to flow downward.

Die elektromagnetischen Reaktionen auf die Fluidoberfläche 54 ist durch die Linie 55 wiedergegeben; auf die Formation 56 durch die Linie 57; auf die Formation 58 durch die Linie 59 und auf die Gaslagerlinie 52 durch die Linie 61 in Fig. 5. In dem Versuchsbeispiel, das der in Fig. 5 wiedergegebenen Re­ aktion zurundeliegt, war die seismische Quelle in dem Bohrloch ein Plastiksprengstoff von 19 g Gewicht. Die typische Signal­ reaktion der Fig. 5 bewirkte eine Spannung von mehreren Zehner­ einheiten von Mikrovolt über die Antenne, die 4,6 m lang war.The electromagnetic responses to the fluid surface 54 are represented by line 55; formation 56 through line 57; on formation 58 through line 59 and on gas storage line 52 through line 61 in Fig. 5. In the experimental example based on the reaction shown in Fig. 5, the seismic source in the borehole was a 19 g plastic explosive . The typical signal reaction of FIG. 5 caused a voltage of several tens of microvolts across the antenna, which was 4.6 m long.

Die in Fig. 5 wiedergegebenen Linien sind hilfreich bei der Interpretation, da ihre Steigung ein Maß für die seismische Geschwindigkeit ist. Wie in der Fig. angegeben ist, sind die Linien 53, 55, 57 und 59 den Rohrwellen in dem Bohrloch zuge­ ordnet. Es ist hinlänglich bekannt, daß Rohrwellen in einer Formation, wie in dem dargestellten Beispiel, eine Geschwindig­ keit von 1372 m/Sek. besitzen. Im Gegensatz dazu entspricht die Linie 61 der seismischen Fortplanzung in der Formation, die das Bohrloch umgibt, wobei bekannt ist, daß die charakteristische Druckwellengeschwindigkeit 1738 m/Sek. ausmacht. Die Linie 61 besitzt eine Neigung von 1738 m/Sek.The lines shown in Fig. 5 are helpful for interpretation because their slope is a measure of the seismic speed. As indicated in the figure , lines 53, 55, 57 and 59 are assigned to the tubular shafts in the borehole. It is well known that tubular shafts in a formation, as in the example shown, a speed of 1372 m / sec. have. In contrast, line 61 corresponds to seismic propagation in the formation surrounding the borehole, and it is known that the characteristic pressure wave velocity is 1738 m / sec. matters. Line 61 has an incline of 1738 m / sec.

In Fig. 6 ist eine einfache Anordnung zur elektromagnetischen Aufnahme wiedergegeben. Man stellt fest, daß ein Detektor leicht hergestellt werden kann durch in einem Abstand voneinander ange­ ordnete Stahlrohrelektroden 60 und 62, die vorzugsweise in eine Tiefe eingetrieben werden, daß sie den Wasserspiegel erreichen. Andere Metallrohre, wie etwa aus Kupfer oder Blei können ebenfalls eingesetzt werden. In den Zeichnungen wird davon ausgegangen, daß sich der Wasserspiegel bei 4,6 m befindet, so daß Elektroden mit einer Länge von 6,1 m adäquat sind. Eine Aufnahme ist jedoch auch mit Elektroden möglich, die nicht bis zum Wasserspiegel eingetrieben sind. Die beiden Elektroden befinden sich typischer­ weise in einem Abstand von 4,6 bis 610 m voneinander. Die beiden Elektroden sind miteinander verbunden, wahlweise in Reihe mit einer Batterie über die Primärwicklung 64 eines Trans­ formators. Eine hieran angekoppelte Sekundärwicklung 66 ist über geeignete Kerbfilter 68 zur Entfernung streuender Aufnahme­ frequenzen an einen Verstärker 70 angeschlossen. Wenn eine Netz­ leitung in der Nähe ist, ist beispielsweise ein Kerbfilter bei 60 Hz erstrebenswert. Der Verstärker kann mit einer Anzeige 71, einem Aufzeichnungscomputer 72 oder ähnlichem verbunden sein, wie dies erwünscht ist. Diese Ausrüstung befindet sich normaler­ weise in einem in der Nähe angeordneten Wagen oder einem Unter­ stellraum.In Fig. 6 a simple arrangement is shown for the electromagnetic pickup. It is found that a detector can be easily manufactured by spaced apart tubular steel electrodes 60 and 62 , which are preferably driven to a depth to reach the water level. Other metal pipes, such as copper or lead, can also be used. In the drawings it is assumed that the water level is at 4.6 m, so that electrodes with a length of 6.1 m are adequate. However, recording is also possible with electrodes that are not driven up to the water level. The two electrodes are typically at a distance of 4.6 to 610 m from each other. The two electrodes are connected to one another, optionally in series with a battery via the primary winding 64 of a transformer. A coupled to this secondary winding 66 is connected to an amplifier 70 via suitable notch filters 68 for removing scattering recording frequencies. If a power line is nearby, a notch filter at 60 Hz, for example, is desirable. The amplifier may be connected to a display 71 , recording computer 72, or the like, as desired. This equipment is usually located in a nearby car or in a storage room.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wurde beschrieben und erläutert, während einige Modifikationen oder Abänderungen diskutiert wurden. Es ist jedoch herauszustellen, daß die Er­ findung hierauf nicht begrenzt ist, da andere Modifikationen im Rahmen des fachmännischen Könnens liegen. So ist beispielsweise nur ein Typ eines elektromagnetischen Detektors dargestellt. Jeder geeignete elektrische oder magnetische Detektor, der in der Lage ist, die elektromagnetischen Wellen aufzunehmen, die, ent­ sprechend der vorstehenden Diskussion, erzeugt werden, kann ein­ gesetzt werden. Auch kann die Quelle auf einem sehr tiefen Niveau angeordnet sein, solange sie sich in dem Bereich be­ findet, in welcher die elektromagnetische Erregung stattfindet, wie sie hier beschrieben ist.A preferred embodiment of the invention has been described and explained while making some modifications or changes were discussed. However, it should be emphasized that the Er finding is not limited to this, since other modifications are within the scope of professional skill. For example only one type of electromagnetic detector is shown. Any suitable electrical or magnetic detector in the Is able to absorb the electromagnetic waves that, ent speaking of the above discussion, a be set. The source can also be at a very deep level Level as long as they are in the area in which the electromagnetic excitation takes place, as described here.

Claims (32)

1. Verfahren zum elektroseismischen Prospektieren für den Nachweis zweier miteinander nicht mischbarer Fluide, die in einer unterirdischen Formation vorhanden sind, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man
einen seismischen Impakt an einer vorbestimmten Stelle derart erzeugt, daß die hiervon ausgehende akustische Wellenfront auf einen Bereich poröser, unterirdischer Formation auf­ trifft, in welcher sich mindestens zwei miteinander unmisch­ bare Fluide in einem gemeinsamen Porenraum befinden und hier ein verstärktes elektromagnetisches Signal von dieser Region erzeugt, das von diesem Bereich mit Lichtgeschwindig­ keit ausgeht und
das verstärkte, elektromagnetische Signal aufnimmt als Indikation der Existenz wahrscheinlich vorhandener Kohlen­ wasserstofflagerungen in der Nähe dieses Bereiches.1. A method of electroseismic prospecting for the detection of two immiscible fluids that are present in an underground formation, characterized in that one
generates a seismic impact at a predetermined location such that the acoustic wavefront emanating therefrom strikes an area of porous, underground formation in which there are at least two immiscible fluids in a common pore space and here generates an amplified electromagnetic signal from this region , which emanates from this area with light speed and
the amplified electromagnetic signal picks up as an indication of the existence of probably existing hydrocarbon deposits in the vicinity of this area. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden miteinander nicht mischbaren Fluide im wesentlichen von­ einander getrennt sind, derart, daß der flachere Bereich des Porenraumes hauptsächlich mit Gas gefüllt ist und der tiefere Bereich des Porenraumes hauptsächlich mit dem wässrigen Fluid gefüllt ist, wobei der Ursprung des verstärkten elektromagnetischen Signals in dem Kontaktbereich zwischen dem flacheren fluidge­ füllten Teil und dem tieferen fluidgefüllten Teil des Porenraumes liegt.2. The method according to claim 1, characterized in that the two immiscible fluids essentially of are separated so that the flatter area of the Pore space is mainly filled with gas and the deeper Area of the pore space mainly with the aqueous fluid is filled, the origin of the amplified electromagnetic Signals in the contact area between the flatter fluidge filled part and the deeper fluid-filled part of the pore space lies. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden miteinander nicht mischbaren Fluide im wesentlichen ge­ trennt sind, derart, daß der flachere Teil des Porenraumes hauptsächlich mit Kohlenwasserstofffluid gefüllt ist und der tiefere Bereich des Porenraumes hauptsächlich mit einem wäßrigen Fluid gefüllt ist, wobei der Ursprung des verstärkten elektro­ magnetischen Signals der Kontaktbereich zwischen dem flacheren fluidgefüllten Bereich und dem tieferen fluidgefüllten Bereich des Porenraumes ist.3. The method according to claim 1, characterized in that the two immiscible fluids essentially ge are separated, such that the flatter part of the pore space is mainly filled with hydrocarbon fluid and the deeper area of the pore space mainly with an aqueous  Fluid is filled, the origin of the reinforced electro magnetic signal the contact area between the flatter fluid-filled area and the deeper fluid-filled area of the pore space. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein drittes Fluid bei den beiden miteinander nicht mischbaren Fluiden vorhanden ist, wobei das dritte Fluid mit einem der beiden nicht miteinander mischbaren Fluide mischbar ist.4. The method according to claim 1, characterized in that a third fluid for the two immiscible fluids is present, the third fluid with one of the two not fluids miscible with one another. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der seismische Impakt an oder in der Nähe der Erdoberfläche initiiert wird.5. The method according to claim 1, characterized in that the Seismic impact initiated on or near the surface of the earth becomes. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der seismische Impakt innerhalb des Bohrloches initiiert wird und von der Innenseite des Bohrloches dieses im wesentlichen unterhalb der Erdoberfläche durchdringt.6. The method according to claim 1, characterized in that the seismic impact is initiated within the borehole and from the inside of the borehole this essentially below penetrates the earth's surface. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der seismische Impakt an einer Stelle auf der Innenseite des Bohrloches initiiert wird und den Bereich einer porösen unter­ irdischen Formation durchdringt.7. The method according to claim 6, characterized in that the seismic impact at one point on the inside of the Borehole is initiated and the area under a porous permeates earthly formation. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander nicht mischbaren Fluide ein Gas und eine Flüssigkeit umfassen.8. The method according to claim 1, characterized in that the immiscible fluids a gas and a liquid include. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander nicht mischbaren Fluide eine wässrige Komponente und eine im wesentlichen aus Kohlenwasserstoff bestehende Komponente umfassen.9. The method according to claim 1, characterized in that the fluids immiscible with one another an aqueous component and one consisting essentially of hydrocarbon Component include. 10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des seismischen Impaktes in einem Bereich im wesentlichen zwischen 1 bis 500 Hz liegt und die Frequenz des elektromagnetischen Signals in einem in etwa vergleichbaren Bereich zwischen 1 bis 500 Hz liegt.10. The method according to claim 1, characterized in that the Frequency of the seismic impact in one area essentially is between 1 to 500 Hz and the frequency of the electromagnetic  Signals in a roughly comparable range between 1 to 500 Hz. 11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des seismischen Impaktes im Bereich von angenähert zwischen 1 bis 100 Hz liegt und die Frequenz des elektromagne­ tischen Signals in einen in etwa vergleichbaren Bereich zwischen 1 bis 100 Hz liegt.11. The method according to claim 1, characterized in that the frequency of the seismic impact in the range of approximated is between 1 to 100 Hz and the frequency of the electromagnetic table signal in a roughly comparable range between 1 to 100 Hz. 12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das elektromagnetische Signal magnetisch aufnimmt.12. The method according to claim 1, characterized in that one magnetically records the electromagnetic signal. 13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das elektromagnetische Signal elektrisch aufnimmt.13. The method according to claim 1, characterized in that one records the electromagnetic signal electrically. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man das elektromagnetische Signal elektrisch aufnimmt, unter Einsatz zweier Elektroden, die in die Erdoberfläche eingebettet sind, wobei eine Spannung zwischen den Elektroden aufgenommen wird, während die elektromagnetische Signalwellenfront auf die Elektroden auftrifft.14. The method according to claim 13, characterized in that one records the electromagnetic signal electrically, under Use of two electrodes embedded in the earth's surface are, wherein a voltage is recorded between the electrodes while the electromagnetic signal wave front is on the Electrodes. 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden bis zu einer Tiefe eingebettet sind, die den ersten Wasserspiegel durchdringt, der unterhalb der Erdoberfläche existiert.15. The method according to claim 14, characterized in that the electrodes are embedded to a depth that the penetrates the first water level below the surface of the earth exists. 16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische Signal elektrisch aufgenommen wird, unter Einsatz zweier Elektroden, die sich in einem Abstand vonein­ ander in unterschiedlichen Tiefen in einem Bohrloch befinden, wobei jede der Elektroden die lithologische Formation der Erde, angrenzend an das Bohrloch, durchdringt.16. The method according to claim 13, characterized in that the electromagnetic signal is recorded electrically under Use of two electrodes that are at a distance from each other others are at different depths in a borehole, each of the electrodes representing the earth's lithological formation, adjacent to the borehole. 17. Verfahren zum elektroseismischen Prospektieren für den Nachweis eines Gesteinskörpers hoher Permeabilität, der sich unterhalb der Erdoberfläche befindet, und eine im wesentlichen wäßrigen Phase in dem Porenraum des Gesteins einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß man
einen seismischen Impakt an einer vorbestimmten Stelle derart erzeugt, daß die hiervon ausgehende akustische Wellenfront auf einen Gesteinskörper hoher Permeabilität auftrifft, der ein Porenfluid enthält, mit einer im wesent­ lichen wäßrigen Phase in den Porenraum des Gesteins und ein verstärktes elektromagnetisches Signal von dem Körper erzeugt, das von diesem mit Lichtgeschwindigkeit ausgeht, und
das verstärkte elektromagnetische Signal als Anzeige der Existenz eines Kohlenwasserstoffvorkommens in der Nähe des Gesteins hoher Permeabilität aufnimmt.17. A method of electroseismic prospecting for the detection of a rock body of high permeability, which is located below the surface of the earth, and includes a substantially aqueous phase in the pore space of the rock, characterized in that
generates a seismic impact at a predetermined location such that the acoustic wavefront emanating therefrom strikes a body of high permeability, which contains a pore fluid, with an essentially aqueous phase in the pore space of the rock and generates an amplified electromagnetic signal from the body, that emanates from it at the speed of light, and
picks up the amplified electromagnetic signal as an indication of the existence of a hydrocarbon deposit near the high permeability rock. 18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der seismische Impakt an oder in der Nähe der Erdoberfläche er­ zeugt wird.18. The method according to claim 17, characterized in that the seismic impact at or near the surface of the earth is fathered. 19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der seismische Impakt innerhalb des Bohrloches initiiert wird und von der Innenseite des Bohrloches dieses im wesentlichen unter­ halb der Erdoberfläche durchdringt.19. The method according to claim 17, characterized in that the seismic impact is initiated within the borehole and from the inside of the borehole this is essentially below penetrates half of the earth's surface. 20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der seismische Impakt an einer Stelle innerhalb des Bohrloches ini­ tiiert wird und von der Innenseite des Bohrloches den Bereich der porösen unterirdischen Formation durchdringt.20. The method according to claim 19, characterized in that the seismic impact at one point within the borehole ini and the area from the inside of the borehole of the porous underground formation. 21. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Porenfluid im wesentlichen salzhaltiges Wasser ist.21. The method according to claim 17, characterized in that the Pore fluid is essentially saline water. 22. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichent, daß das Porenfluid im wesentlichen salzhaltiges Wasser mit einem geringen Anteil einer gelösten Gaskomponente ist. 22. The method according to claim 17, characterized in that the Pore fluid essentially saline water with a low Is part of a dissolved gas component.   23. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Porenfluid im wesentlichen salzhaltiges Wasser ist, mit einem gerinen Anteil einer gelösten Kohlenwasserstoff-Flüssigkeits­ komponenten.23. The method according to claim 17, characterized in that the Pore fluid is essentially saline water, with a minor portion of a dissolved hydrocarbon liquid components. 24. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des seismischen Impaktes in einem Bereich etwa zwischen 1 bis 500 Hz und die Frequenz des elektromagnetischen Signals in einem inetwa vergleichbaren Bereich zwischen 1 bis 500 Hz liegt.24. The method according to claim 17, characterized in that the Frequency of the seismic impact in a range between approximately 1 to 500 Hz and the frequency of the electromagnetic signal in a somewhat comparable range between 1 and 500 Hz lies. 25. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des seismischen lmpaktes in einem Bereich von in etwa zwischen 1 bis 100 Hz und die Frequenz des elektromagnetischen Signals in einem in etwa vergleichbaren Bereich zwischen 1 bis 100 Hz liegt.25. The method according to claim 17, characterized in that the Frequency of the seismic impact in a range of approximately between 1 to 100 Hz and the frequency of the electromagnetic Signals in a roughly comparable range between 1 to 100 Hz. 26. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische Signal magnetisch aufgenommen wird.26. The method according to claim 17, characterized in that the electromagnetic signal is recorded magnetically. 27. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische Signal elektrisch aufgenommen wird.27. The method according to claim 17, characterized in that the electromagnetic signal is recorded electrically. 28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische Signal elektrisch aufgenommen wird, unter Verwendung zweier Elektroden, die in die Erdoberfläche einge­ bettet sind, wobei eine Spannung zwischen den beiden Elektroden aufgenommen wird, während die elektromagnetische Signalwellen­ front auf die jeweiligen Elektroden auftrifft.28. The method according to claim 27, characterized in that the electromagnetic signal is recorded electrically under Use two electrodes that are inserted into the earth's surface are embedded with a voltage between the two electrodes is recorded while the electromagnetic signal waves hits the respective electrodes. 29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden bis zu einer Tiefe eingebettet sind, in welcher der erste Wasserspiegel durchdrungen ist, der unter der Erdoberfläche existiert.29. The method according to claim 28, characterized in that the Electrodes are embedded to a depth at which the first water level is penetrated, the one below the surface of the earth exists. 30. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische Signal elektrisch aufgenommen wird, unter Einsatz zweier Elektroden, die im Abstand voneinander in unterschiedlichen Tiefen eines Bohrloches angeordnet sind, wobei jede der Elektroden die lithologische Formation der Erde, angrenzend an das Bohrloch, durchdringt.30. The method according to claim 27, characterized in that the electromagnetic signal is recorded electrically under  Use two electrodes that are spaced in different depths of a borehole are arranged, each of the electrodes representing the lithological formation of the Earth penetrates adjacent to the borehole. 31. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestein hoher Permeabilität eine hydraulische Permeabilität aufweist, die größer als 0,1 Millidarcy ist.31. The method according to claim 17, characterized in that the high permeability rock is a hydraulic permeability which is greater than 0.1 millidarcy. 32. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestein hoher Permeabilität eine hydraulische Permeabilität aufweist, die größer als 100 Millidarcy ist.32. The method according to claim 17, characterized in that the high permeability rock is a hydraulic permeability that is greater than 100 millidarcy.
DE3941743A 1988-12-21 1989-12-18 Electro-seismic prospecting Expired - Lifetime DE3941743C2 (en)

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US07/287,882 US4904942A (en) 1988-12-21 1988-12-21 Electroseismic prospecting by detection of an electromagnetic signal produced by dipolar movement

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